Номер 4, страница 87 - гдз по физике 7 класс учебник Пурышева, Важеевская

4. Как вы можете объяснить тот факт, что вес одного и того же тела не имеет постоянного значения?

Факт непостоянства веса одного и того же тела объясняется фундаментальным различием между понятиями масса и вес.

Масса ($m$) — это скалярная величина, мера инертности тела, которая является его неотъемлемой и постоянной характеристикой, не зависящей от местоположения. Измеряется в килограммах (кг).

Вес ($P$) — это сила, с которой тело вследствие гравитационного притяжения к планете (или другому астрономическому объекту) действует на опору или подвес. Вес является силой и измеряется в ньютонах (Н). В простейшем случае, когда тело покоится на горизонтальной поверхности, вес численно равен силе тяжести:

$P = F_{тяж} = mg$

где $m$ — масса тела, а $g$ — ускорение свободного падения.

Из этой формулы видно, что поскольку масса $m$ тела постоянна, его вес $P$ может изменяться только в том случае, если изменяется ускорение свободного падения $g$. Существует несколько причин, по которым $g$ (а следовательно, и вес) может меняться:

1. Зависимость от географического положения на Земле

Земля не является идеальным шаром, она немного сплюснута у полюсов и расширена у экватора. Из-за этого расстояние от центра Земли до ее поверхности на полюсах меньше, чем на экваторе. Так как сила гравитации (и $g$) обратно пропорциональна квадрату расстояния до центра масс, ускорение свободного падения на полюсах (около $9.83 \text{ м/с}^2$) немного больше, чем на экваторе (около $9.78 \text{ м/с}^2$). Соответственно, и вес тела на полюсе будет немного больше, чем на экваторе.

2. Зависимость от высоты над поверхностью

С увеличением высоты над поверхностью планеты (например, при подъеме в горы или полете на самолете) расстояние до центра Земли увеличивается. Это приводит к уменьшению значения $g$ и, следовательно, к уменьшению веса тела.

3. Разные небесные тела

На других небесных телах (Луне, Марсе и т.д.) ускорение свободного падения имеет другое значение. Например, на Луне $g_{Луна} \approx 1.62 \text{ м/с}^2$, что примерно в 6 раз меньше земного. Поэтому вес космонавта на Луне будет в 6 раз меньше его веса на Земле, хотя его масса останется прежней.

4. Движение с ускорением (динамическое изменение веса)

Вес тела также изменяется, если оно (вместе со своей опорой или подвесом) движется с ускорением, направленным по вертикали. Классический пример — движение в лифте:

• При ускоренном подъеме вверх или замедлении при движении вниз, ускорение $a$ направлено вверх. Вес тела увеличивается и становится равным $P = m(g + a)$. Это состояние называется перегрузкой.

• При ускоренном спуске вниз или замедлении при движении вверх, ускорение $a$ направлено вниз. Вес тела уменьшается и становится равным $P = m(g - a)$.

• Если опора или подвес движутся с ускорением, равным ускорению свободного падения ($a = g$), как, например, при свободном падении, то вес тела становится равным нулю: $P = m(g - g) = 0$. Это состояние называется невесомостью. Именно в таком состоянии находятся тела на борту орбитальной космической станции.

Ответ: Вес одного и того же тела не является постоянной величиной, так как он представляет собой силу, зависящую от внешних условий: в первую очередь от величины ускорения свободного падения (которое меняется в зависимости от географического положения, высоты и небесного тела), а также от ускорения, с которым движется само тело вместе с опорой или подвесом.